Никифорова В.Н. ООО «Научный центр ЛИНВИТ»

Целью всех организаций, осуществляющих производство, передачу и распределение электрической энергии является поставка конечным потребителям электрической энергии (ЭЭ), объем и качество которой соответствует договорным отношениям. Однако, учитывая, что ЭЭ относится к тем видам продукции, использование которых связано с риском причинения «вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физ. или юр. лиц, государственному или муниципальному имуществу» [1], государством осуществляются меры для обеспечения безопасности данного вида продукции. Эти меры, как известно, состоят в установлении правовых и технических основ регулирования в области качества ЭЭ, поставляемой потребителям.

В настоящее время до появления в России предусмотренных [1] Технических регламентов, устанавливающих обязательные и добровольные для применения и исполнения требования к продукции, взаимоотношения м. поставщиками и потребителями ЭЭ в части ее качества определяются следующими правовыми документами:

- Закон РФ «О защите прав потребителей»;

- Гражданский кодекс РФ;

- Постановление Правительства РФ №1013 от 13 августа 1997 г. « О перечне товаров, подлежащих обязательной сертификации и перечне услуг, подлежащих обязательной сертификации»;

В обеспечение существующих правовых норм в области качества электроэнергии в Российской Федерации действуют нормативные документы:

- ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»;

- РД 153-34.0-15.501-00 «Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть Контроль качества электрической энергии» (далее – РД по контролю КЭ);

- РД 153-34.0-15.502-02 «Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть Анализ качества электрической энергии» (далее – РД по анализу КЭ).

В первом из этих документов заложены основы обеспечения единства измерений установленных в стандарте показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в условиях эксплуатации. Для этого в этом документе установлены пределы допускаемых погрешностей измерений ПКЭ, и определены интервалы усреднения для оценки ПКЭ. Следует отметить, что выбранные интервалы усреднения для таких ПКЭ как отклонение частоты и установившегося отклонения напряжения соотнесены с быстродействием средств оперативного регулирования частоты и напряжения, установленными в организациях, участвующих в цикле поставки электроэнергии к потребителю.

Кроме того, в приложении Е стандарта установлены отдельные положения по контролю КЭ (длительность непрерывных измерений при периодическом контроле КЭ, интервал м. контрольными измерениями и др.).

Дальнейшее развитие вопросы измерений КЭ в электрических сетях получили в нормативных документах, специально посвященных вопросам контроля и анализа КЭ.

Требования, установленные в стандарте и нормативных документах, заложили основу для разработки и производства в России нового поколения средств измерений КЭ, и создали предпосылки для внедрения в организациях – поставщиках ЭЭ и у потребителей системы контроля качества этой продукции.

Система контроля качества продукции на разных стадиях ее производства (Под производством электроэнергии - в контексте статьи понимаются циклы собственно ее производства на электростанциях, и передачи и распределения ) и система контроля качества циклов производства продукции являются ключевыми в любой системе управления качеством (системе менеджмента качества) [1]. Не является исключением и такой специфический вид продукции как электроэнергия.

Применительно организациям, осуществляющим производство, передачу и распределение электроэнергии (далее-поставщики ЭЭ), контроль качества этих циклов регламентирован в ПТЭ, ПТЭиЭ, в Руководящих указаниях по устойчивости энергосистем, компенсации реактивной мощности и др., и в Руководящих документах и Инструкциях по испытаниям, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту электроэнергетического оборудования. Поэтому можно сказать, что в вышеуказанных организациях действует определенная система контроля качества циклов. Эффективность и результативность функционирования этой системы проверяется как ведомственными, так и государственными надзорными органами.

О наличии систем контроля качества ЭЭ у ее поставщиков можно судить в первую очередь по оснащенности этих организаций средствами измерений КЭ, степени внедрения РД по контролю и анализу КЭ, развитости организационной структуры управления КЭ.

По данным, полученным от производителей измерительной аппаратуры, наиболее активно действующих на рынке (НПО «Энергоконтроль» и НПО «Энерготехника»), поставщики ЭЭ приобрели за последние два года 120 приборов, что составляет примерно треть объема выпуска этих фирм. Остальные приборы были приобретены потребителями ЭЭ, испытательными лабораториями по КЭ, надзорными органами, наладочными организациями.

При этом заказы организаций холдинга «РАО ЕЭС России» составили всего 15% от общего выпуска приборов, что, безусловно, недостаточно для создания действенной системы контроля.

Проведенные органами госэнергонадзора обследования состояния с контролем КЭ в ряде энергосистем и муниципальных электрических сетей также подтвердили, что в большинстве из них система контроля КЭ практически отсутствует.

С одной стороны, это объясняется общим положением в электроэнергетике, требующим направления финансовых ресурсов на модернизацию и реконструкцию существующей технологической инфраструктуры для поддержания ее функционирования, а создание системы контроля требует первоначальных затрат на средства контроля КЭ, стоимость которых, как известно, достаточно велика. Если учесть, что для организации системы периодического контроля КЭ в одном предприятии электрических сетей – филиале энергосистемы – требуется 4-6 приборов, то затраты составят порядка 6 - 18 тысяч долларов в зависимости от типа заказываемых средств измерений.

Тем не менее, те организации, которые приобрели и используют на практике эти средства измерений КЭ, получают не только конкретные количественные данные, характеризующие КЭ в электрических сетях, но и принцип. возможность сделать оценку состояния сети с позиции обеспечения КЭ с учетом динамики изменения нагрузок и их характера. Кроме того, появилась принцип. возможность проанализировать возможные первопричины нарушения КЭ осуществить целенаправленный выбор и внедрение наиболее эффективных мероприятий по улучшению КЭ, и реально приступить к подготовке поэтапной сертификации электрической энергии.

но опыт проведения испытаний КЭ в электрических сетях разного класса напряжений с использованием различных СИ КЭ, выпускаемых в настоящее время, выявил ряд их недостатков, затрудняющих работу пользователей.

Часть этих недостатков носит общий характер и связана с недостаточно четкими определениями некоторых ПКЭ в нормативных документах, допускающими различные толкования. Так, происходит смешение таких разных понятий как импульсы напряжения и временные перенапряжения, из-за чего при разработке СИ КЭ импульсы напряжения рассматриваются как временные перенапряжения, хотя это неверно. При определении ПКЭ, характеризующих установившийся режим работы электрической сети, заложенная в СИ КЭ программная обработка не игнорирует возникающие в сети в период измерений провалы напряжения и перерывы электроснабжения, что приводит к абсурдным результатам измерений. Отмеченные недостатки не выявляются при принятой в настоящее время методике поверки, ориентированной на детерминированный характер сигналов от специализированных калибраторов.

Представляется, что методика поверки СИ КЭ должна учитывать вероятностный характер изменения ПКЭ в сети и проверять достоверность получаемых статистических результатов, принимать во внимание возникновение переходных явлений при измерении ПКЭ и проверять реализацию в приборах измерительных окон, применяемых при цифровой обработке результатов измерений и др.

Помимо общих недостатков, отмечается ряд недоработок, присущих отдельным типам СИ КЭ. Так, при претензионных испытаниях требуется распечатка протоколов в месте испытаний для составления акта в присутствии сторон, представляющих потребителя и организацию – поставщика электроэнергии. но не все типы СИ КЭ обеспечивают этот режим работы.

При различного рода испытаниях КЭ, например, при измерениях с целью проверки и настройки режима напряжения в электрической сети, при испытаниях КЭ в условиях активного воздействия на режимы нагрузки, при проверке нагрузки вторичных цепей ТН и др. необходим режим вывода на печать текущего протокола измерений КЭ через определенные промежутки времени или по заданию оператора. но большинство выпускаемых средств измерений не обеспечивают такой режим.

В СИ КЭ не предусмотрена защита от преднамеренного воздействия на результаты измерений. В некоторых типах СИ КЭ до сих пор отмечаются ошибки в определении значений ПКЭ, соответствующих 95% вероятности. Шаблоны протоколов измерений содержат ошибки. В некоторых СИ КЭ не предусмотрено сохранение одноминутных графиков изменений установившихся отклонений напряжения, а это не позволяет их использовать для экспериментальной оценки потерь напряжения в электрической сети и проверки правильности предварительных расчетов допустимых диапазонов отклонений напряжения в пунктах контроля. В ряде СИ КЭ для получения суточного протокола измерений, как это требует ГОСТ 13109-97, используются результаты измерений, полученные, начиная с 0 часов до 24 часов, а так как прибор устанавливают в месте измерений, в течение первой половины дня, то эффективность использования прибора существенно снижается, так как результаты измерений первых суток попусту теряются.

Все эти недостатки при высокой стоимости СИ КЭ сдерживают их приобретение поставщиками ЭЭ.

С другой стороны, до сих пор поставщики электроэнергии слишком медленно и неохотно осознают, что обеспечение КЭ является одной из основных задач во взаимоотношениях с потребителями. Поэтому органы Госэнергонадзора намерены усилить контроль за выполнением поставщиками ЭЭ обязательных требований в части КЭ.

Помимо средств измерений для организации эффективной и результативной системы контроля КЭ принципиальное значение имеют структура и правила, по которым функционирует эта система. Ниже рассматриваются основные положения системы контроля КЭ, установленные в РД по контролю и анализу КЭ.

Принципы построения системы контроля и анализа КЭ

В системе контроля качества при производстве обычных видов продукции различают следующие виды контроля: входной, операционный и приемочный (окончательный) [2]. но в системе контроля качества электроэнергии в субъектах электроэнергетики - генерирующих и транспортных компаниях эти виды контроля приобретают специфические формы, а такой вид контроля, как окончательный, вообще не может быть реализован в настоящее время в распределительных электрических сетях.

Существующая в генерирующих и транспортных компаниях система непрерывного мониторинга параметров электроэнергии имеет отношение лишь к двум ПКЭ: отклонению частоты и отклонению напряжения. Результаты измерений используются для управления режимами работы систем электроснабжения по частоте и напряжению в единой энергетической системе (ЕЭС) России. Следует заметить, что управление режимами напряжения осуществляется, исходя из обеспечения устойчивости режимов работы отдельных энергосистем и ЕЭС России в целом, и поддержания оптимальных режимов работы энергосистем и нормального функционирования электрооборудования.

Требования потребителей к качеству электроэнергии не учитываются при расчете допустимых режимов работы энергосистем по напряжению. Поэтому существующая система измерений частоты и напряжений не может рассматриваться в качестве достаточной системы контроля качества электроэнергии. Тем более что эти измерения выполняются не в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97 к погрешностям измерений и интервалам усреднения. Не предусматривается в этой системе и статистическая обработка ПКЭ за определенный период времени, что не позволяет сопоставить результаты измерений с требованиями стандарта.

Очевидно, что в системе контроля КЭ должно обеспечиваться сопоставление результатов измерений с требованиями к ПКЭ по правилам, установленным в стандарте, а структура и принципы функционирования создаваемой системы контроля КЭ должны учитывать специфические свойства электроэнергии как продукции и особенности функционирования генерирующих и транспортных компаний. К таким особенностям можно отнести:

- огромное число точек поставки электроэнергии потребителям;

- совпадение во времени циклов производства, транспорта и потребления; это приводит к тому, что качество электроэнергии, поставляемое какому-либо потребителю, зависит не только от качества электроэнергии, поставляемой транспортной компанией, к электрическим сетям которой непосредственно присоединен потребитель, но и другими транспортными и генерирующими компаниями, участвующими в поставке этой электроэнергии;

- влияние характера нагрузки (несимметричной, нелинейной, резкопеременной) потребителя на качество электроэнергии, поставляемой другим потребителям.

Предлагаемая в РД по контролю система ориентирована на проведение периодического контроля КЭ, так как в настоящее время ни поставщики, ни потребители электроэнергии не располагают стационарными средствами измерений КЭ, обеспечивающими непрерывный мониторинг ПКЭ и статистическую обработку в соответствии с требованиями стандарта. Поэтому в методических положениях, изложенных в РД по контролю КЭ, нашли отражение следующие вопросы:

- выбор пунктов периодического контроля КЭ, в том числе пунктов входного контроля и пунктов, представляющих совокупность пунктов поставки электроэнергии потребителям, и условия пересмотра этих пунктов;

- определение допустимых значений ПКЭ в пунктах контроля;

- определение длительности непрерывных измерений ПКЭ в пунктах контроля и периодичности таких измерений;

- методика выполнения измерений ПКЭ, в которой в соответствии с [3] установлены требования к средствам измерений, к безопасности и квалификации персонала, определены условия измерений, проанализированы вопросы подготовки к проведению измерений, выполнения измерений и обработки результатов измерений, и оформления результатов.

В соответствии с РД система периодических измерений КЭ должна сочетаться с системой непрерывных технологических измерений в контрольных точках высоковольтных электрических сетей и однократных измерений токов и напряжений на шинах низкого напряжения трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ. Для этого критерии регулирования напряжения в электрических сетях каждой из транспортных компаний должныбыть ориентированы на обеспечение требований потребителей к отклонениям напряжения в точках поставки. В этом случае результаты, полученные от этих систем, могут быть использованы не только для установления причин нарушения установленных требований и выбора эффективных и результативных мероприятий по устранению причин нарушения, но для координации и прогноза режимов напряжения в электрических сетях различных транспортных компаний.

Изменения, происходящие в последнее время электроэнергетике, и появление стационарных СИ КЭ создали предпосылки для организации у поставщиков ЭЭ интегрированной системы контроля КЭ, сочетающей непрерывный мониторинг и периодические измерения ПКЭ.

В тех случаях, когда результаты контроля КЭ показывают нарушение установленных требований, возникает задача анализа КЭ, т.е. выяснения первопричины нарушения. В общем случае измерительная информация, полученная в результате контроля КЭ, недостаточна для определения первопричины нарушения, а выяснение первопричины требует применение специальных методов анализа, специфичных для каждого ПКЭ.

Введенные в действие с 1 января 2003 г. РД по анализу КЭ устанавливают методы анализа для каждого ПКЭ, определяют виды необходимой измерительной информации, и регламентируют соответствующие методики выполнения измерений.

Особое внимание в методике выполнения измерений обращено на функциональные характеристики средств измерений и их погрешность.

Опыт применения РД показал, что организации, в которых внедрена система периодического контроля, получили инструмент для управления режимами работы электрических сетей и потребителей электроэнергии в части КЭ. Это позволило, в том числе, упорядочить сбор измерительной информации, сократить непроизводительные издержки для выявления причин нарушения КЭ, получить данные для обоснования договорных условий с вышестоящими поставщиками и выдачи технических условий на присоединение, оценивать состояние собственных сетей для выполнения требований ГОСТ 13109-97.

Однако область применения этих РД в большинстве случаев ограничивается на практике лишь одним ПКЭ – отклонением напряжения. Осуществление периодического контроля несинусоидальности, несимметрии и колебаний напряжения в точках поставки электроэнергии потребителям, располагающих нагрузками, ухудшающими КЭ, осуществляется исключительно редко. Причиной этого является отсутствие достаточного количества средств измерений КЭ, отсутствие у поставщиков ЭЭ организационной структуры и внутренних документов, регламентирующих порядок проведения контроля и анализа КЭ.

Выводы

Появление приборной базы и внедрение в эксплуатационную практику нормативных документов по контролю и анализу качества электроэнергии создало предпосылки для организации системы контроля и анализа качества электроэнергии у поставщиков и потребителей электроэнергии и создания систем управления качеством у поставщиков ЭЭ, и выполнения Постановления Правительства РФ об обязательной сертификации ЭЭ.

Для успешного решения задачи обеспечения КЭ необходимо разработать и закрепить на межведомственном уровне единую политику развития и совершенствования средств контроля и анализа КЭ, предусмотрев

- поэтапное оснащение электрических сетей поставщиков ЭЭ необходимым парком стационарных и переносных СИ КЭ;

- разработку более совершенных методик аттестации СИ КЭ для утверждения типа;

- регламентацию общих требований к СИ КЭ в соответствующем нормативном документе;

- обеспечение приемлемых цен на средства измерений.

Необходимо разработать и ввести в действие меры экономического воздействия на субъекты электроэнергетики, нарушающие свои обязательства по поддержанию КЭ.

Литература

Федеральный закон «О техническом регулировании», №184-ФЗ

ГОСТ 16504 –81 «ГСИ Испытания и контроль качества продукции»

ГОСТ Р 8.563-96 «ГСИ. Методики выполнения измерений»